现代科技学院毕业设计开题报告正式.docx

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现代科技学院毕业设计开题报告正式

现代科技学院

毕业设计（论文）开题报告

毕业设计（论文）题目：

11.4kW调度绞车凸轮自动排绳装置链传动部分设计

学生姓名：

　刘晓旭

指导教师姓名：

专业：

机械设计制造及其自动化机设

2013年4月12日

1.课题名称

11.4kW调度绞车凸轮自动排绳装置链传动部分设计

2.课题研究背景

近40年我国的煤炭行业发生了巨大变化，总裁机械化水平达到国际先进水平，综采单采原煤产量早已突破了百万吨，然而煤炭工业机械化离不开运输，运输又离不了辅助运输设备，绞车就是辅助运输设备的一种。

矿用绞车作为煤矿机械的一种，主要用于煤矿提升、下放物料等，所以其市场需求量与国家对煤炭的需求量有紧密关系。

我国是一个煤炭生产大国，也是煤炭消耗大国，煤炭资源占极其重要的地位。

煤炭的产量关系到整个国民经济的健康发展。

2000年，国家“西电东送”工程开始实施，作为西部大开发战略的重要组成部分，“西电东送”将西部丰富的资源和东部巨大的市场结合起来，通过北、中、南三条通道向华东地区送电。

三条通道中，除中部通道是以三峡水利枢纽工程为主体送电外，南、北两条通道均主要以煤炭作为燃料的火电发电站为基础送电。

据统计，我国在2002年煤炭产量接近14亿吨，比上年增产2.21亿吨，增长20%。

而其中大部分是从山西省开采的。

全国其他部分地区缺煤现象还是很严重，甚至在湖北、河南一些地方还要常常停电，一个重要原因在于煤炭紧缺，以致严重影响了国民经济的发展以及人民的生活秩序。

所以增加煤炭日开采量，提高矿井设备的效率是尤其重要的，调度绞车作为联系地上地下的枢纽更显其重要性。

目前，全国各地除了有很多大型煤炭公司以外，也有不少中小型煤矿，他们对采煤机械需求的不断增长。

其中，中小型煤矿主要进行地面浅表层煤炭资源的开发，由于成本、开采方式等因素的限制，这类煤炭资源不适合国有大型煤矿企业的开采，客观上决定了在较长时间内中小煤矿仍将存在。

调度绞车是矿山生产最常用的机电设备之一，在井下水平巷道不太长的距离内移动矿车、在车场内调度矿车组、在轨道巷内提运材料车等都要用到调度绞车，而其又因安装简单、对环境要求低和使用方便等被广泛使用。

然而，这些小型绞车在使用过程中普遍存在的一个问题是钢丝绳在绞车滚筒上缠绕不匀，尤其是使用了一段时间后的旧钢丝绳，经常出现钢丝绳只缠绕在滚筒某一边的现象，严重时跳出滚筒导致绞车无法正常工作，特别是对牵引距离较长的绞车，该问题尤为突出。

调度绞车的工作往往是间歇性的，当完成一次牵引、绳段载荷去掉后，绳头呈自由状态，钢丝绳会因自身弹力的作用而使缠绕在滚筒上的钢丝绳松圈出现乱绳现象，继而导致钢丝绳咬死，严重影响矿井的安全生产。

就国际煤炭机械来说，国际调度绞车市场，欧美等发达国家侧重于使用数字化、智能化的高附加值产品，如德产的“机电一体化”内装式绞车，这类产品有调度绞车纹牢设计与优化设计性能较好，操作简洁，但价格昂贵，使用的厂家很少。

目前，国内外许多专家、学者和生产使用单位都十分关注绞车滚筒在排绳过程中的乱绳和咬绳问题，就调度绞车而言，先后也进行了一系列的试验和研究，如人力机械排绳、机械滚筒凸轮排绳等。

但这些装置都不能适应矿山井下较为恶劣的工作环境，严重存在着装置受力不够、易损坏和维修成本高的问题。

总而言之，这些装置均不能很好解决滚筒在缠绕过程中出现的咬绳和乱绳问题。

液压排绳装置在解决调度绞车排绳方面确有一定的优势，其特点是：

传动平稳，操作方便，结构简单，承载力大

，不易损坏。

我国绞车的诞生是从20世纪50年代开始的，初期主要仿制日本和苏联的；60年代进入了自行设计阶段；到了70年代，随着技术的慢慢成熟，绞车的设计也进入了标准化和系列化的发展阶段。

但与国外水平相比，我国的绞车在品种、型式、结构、产品性能，三化水平（参数化、标准化、通用化）和技术经济方面还存在一定的差距。

减速器是调度绞车的关键，国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。

但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。

最近报导，日本住友重工研制的FA型高精度减速器，美国Alan-Newton公司研制的X-Y式减速器，在传动原理和结构上与本项目类似或相近，都为目前先进的齿轮减速器。

当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。

因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。

减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。

目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。

在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围，如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大。

目前，我国煤矿很多矿井的辅助运输系统仍然相当落后，基本上仍停留在五、六十年代水平，还在延用无极绳、小绞车等多段分散落后的传统辅助运输方式，运输环节多，系统复杂。

由井底车场至采区工作面，需经多次中转编列。

一条顺槽就需设置多台调度绞车，占用大量设备和劳力。

据有关资料统计，我国煤矿辅助运输人员约占井下职工总数的1/3以上，有些矿甚至达到50％。

综采工作面搬家，国外一般仅需1

—2周即可完成，用工200—500个，而我国煤矿传统方式需要25—45d，用工5000个以上。

因此，很有必要对调度绞车进行进一步的研究。

我国八十年代为解决井下调度绞车防爆难题，生产了一种液压调度绞车，为解决钢绳的压绳问题，生产了各种排绳器。

为实现最大的经济效益，如何生产一种安全稳定性能好，可靠度高，防爆性能好，操作方便，功耗少的调度绞车成为各煤机生产厂商的共识。

在这种情况下，应用凸轮排绳机构解决压绳问题，应用行星减速器减小绞车尺寸等，这些技术应用有很大的可行性。

3.课题研究意义

矿用调度绞车是一种为井下采区煤仓装车站调度矿车而设计制造的专用绞车，由于其体积小、结构简单、操作方便，在煤矿井下的辅助提升搬运作业中应用十分广泛，每个矿井均有一定数量在使用。

但存在着不足，在不提升作业时，绞车滚筒上的钢丝绳为松绳状态，因而，钢丝绳时常出现“咬绳”、“死折”等现象，这不仅会引起钢丝绳的过早损坏，造成经济浪费，更重要的是形成安全隐患，容易造成松绳冲击和断绳跑车，严重影响着其安全使用，成为煤矿生产中的一项重要事故隐患。

在现场虽然也采取了一些措施加以改善，如：

加大钢丝绳的直径等，但没有从根本上解决问题。

究其原因，就是调度绞车无防松绳装置，钢丝绳不能按序排列。

矿井调度绞车包括机械设备及拖动控制系统，是联系地下和地上的重要途径，其性能好坏直接关系到矿山的生产效率和安全性及可靠性，它的安全、可靠运行是整个矿井正常生产的必要条件，一旦发生故障，所造成的经济损失是巨大的。

每次的测试结果表明大部分的绞车使用良好，但也存在一些带有普遍性的问题，在一定程度上制约了煤炭产量，增加了生产成本，同时也影响了煤矿的安全生产

。

对于国内提升机存在一些普遍问题如：

提升设备完好率差，存在重大事故隐患。

制动装置可靠性差。

绞车实际运行质量较差、效率偏低。

虽然国外矿用调度绞车的研究比较先进，并能及时地将研究的成果运用到矿用调度绞车的实际生产中（如单绳缠绕式调度绞车和多绳摩擦调度绞车），但由于这样的调度绞车制作金属量消耗大、制造困难、成本昂贵，更重要的是直径50mm以上的钢绳只有几个发达国家可以制造，而且价格贵的惊人。

本次我所设计的题目是11.4kW调度绞车凸轮自动排绳装置链传动部分设计，因其严格的工作环境状况，所以要求所设计的调度绞车排绳装置结构紧凑，外形尺寸小，能够整机下井。

从而减少了辅助人员,改善了工人劳动条件,运行安全可靠，使操作和维修都比较方便。

为满足上述要求该调度绞车排绳方案布局选择行星轮系,具有体积小,效率高,质量轻，传动功率大,运行安全可靠等特点,特别适用于中小型煤矿,具有很广泛的应用场合和发展前景。

此外，通过本次毕业设计，培养了我综合运用机械传动、机械设计、材料力学等课程中所学理论知识的能力；培养和提高了我独立分析问题和解决实际问题的能力，为今后适应工作岗位和创造性地开展工作打下坚实基础。

4.文献查阅概况

[1]赵云矿（义马煤业集团公司安全技术培训中心，河南义马23700），矿用调度绞车排绳装置，煤矿机械，2008年9月第29卷第9期

摘要：

对矿用调度绞车在使用中存在的问题进行了技术分析，设计了一套简单实用的调度绞车排绳装置，可从根本上解决矿用调度绞车在使用中所存在的安全，经济问题，对其他绞车的改造也有指导意义。

[2]李军霞.寇子明（太原理工大学机械工程学院，山西太原030024），调度绞车自动排绳装置的研究[J]，煤矿机械，2004,25（4）：

30-31.

摘要：

首先对调度绞车目前的排绳状况进行了分析，并论述了凸轮排绳装置的特点。

在理论分析、实验研究的基础上，提出了能够满足绞车自动排绳要求的新型绞车凸轮排绳装置，并在生产实际中得到应用。

[3]常永珍（国营大众机械厂山西太原030024），绞车排绳装置的研究[J]，机械管理开发，2004（6）：

31-32.

摘要：

介绍一种利用圆柱凸轮导槽机构组成的排绳装置，它可以防止钢丝绳在卷筒上混乱排列造成的事故，可在小型绞车上应用。

[4]吴娟.程仰瑞.寇子明（太原理工大学机械工程学院，山西太原030024），液压排绳装置的设计，煤矿机械，2003年第7期

摘要：

调度绞车是矿山生产最常用的机电设备，调度绞车在现场使用中存在跳绳、咬绳现象，严重影响矿井的安全生产。

针对这种情况，提出了用液压排绳装置，用于解决调度绞车的乱绳问题。

[5]程阳瑞.高贵军（太原理工大学山西太原030024），矿用调度绞车凸轮排绳机构的研究，机械管理开发，2007年8月第4期

摘要：

阐述了矿用调度绞车凸轮排绳机构的工作原理和设计计算原则。

[6]任中全.杨剑.俞涛（西安科技大学机械工程学院，西安710054），调度绞车链式排绳装置的运动仿真，煤矿机械，2010年7月第31卷第7期

摘要：

介绍了一种基于链传动机构的排绳装置，分别对钢丝绳在卷筒上的往复运动和排绳装置上导绳轮的往复运动建立运动关系模型，利用MatLab软件对该排绳装置进行运动仿真分析，得出几种可行性的方案及最优方案。

[7]张涛.何永续.薛忠和.周志红（大同煤矿集团朔州煤电公司山西怀仁038300），基于PLC的矿用调度绞车自动排绳装置的设计，矿山机械，2012年第9期第40卷

摘要：

设计了自动排绳装置，以解决井下调度绞车因钢丝绳缠绕不均匀而易引发事故的问题。

通过在绞车卷筒处安装速度传感器，并将其旋转信号输入PLC中以控制步进电动机转速，从而控制丝杠旋转，使滑块做直线运动，实现自动排绳。

[8]赵振保（中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083）.张晓珂（山西煤炭职业技术学院，山西太原030031），矿用调度绞车排绳机构的研制，煤炭工程，2008年第12期

摘要：

对矿用调度绞车普遍存在的乱绳、咬绳、压绳、垒绳等现象，提出了在调度绞车上安装机械强制同步自动排绳机构，研究了该机构在水平方向上的分运动位移量与绞车滚筒缠绕或放下钢丝绳直径的位移量，得出了拨绳滚筒圆周旋转运动与绞车滚筒转速之间的协同匹配关系，实现了钢丝绳在绞车滚筒上有序整齐的排列。

试验结果表明：

该机构排绳效果很好，具有良好的应用前景和市场推广价值。

[9]凌信东.张宝民（兖矿集团有限公司南屯煤矿,山东省邹城市,273515），矿用调度绞车自动排绳器开发与应用，煤炭科技，2009年8月第8期第35卷

摘要：

介绍了调度绞车自动排绳器的基本结构、工作原理、主要功能特点。

该设备操作简单,便于维护,保证了矿井绞车提升运输安全,并且可节省大量的钢丝绳材料费用,值得大力推广应用。

[10]程仰瑞（太原理工大学设备处山西太原030024），调度绞车液压排绳装置的设计研究，同煤科技，2005年12月第4期

摘要：

针对调度绞车在现场使用中存在跳绳、咬绳的问题，提出了调度绞车液压排绳装置的设计研究。

[11]周勇（枣庄矿业集团公司蒋庄煤矿运输科山东滕州277519），调度绞车自动排绳装置的研究，技术研发，2012年2月

摘要:

本项目针对矿用调度绞车提升运输过程中所出现的排绳不整齐，造成压绳、乱绳、钢丝绳相互挤压等严重的问题，研制适用于平巷和坡度为0-25°的各类斜巷的调度绞车，使其规范缠绳。

该调度绞车规范缠绳装置能保证绞车排绳整齐、紧凑、规则，改善矿井运输安全状况，消除斜巷运输安全隐患，杜绝乱绳、压绳现象，有效避免重大事故的发生，确保煤矿安全生产。

[12]王晋昭（太原理工大学工程学院,山西太原030024），凸轮自动排绳机构的曲线设计计算，山西煤炭，2006年3月第26卷第1期

摘要:

通过对凸轮曲线的设计计算,得到了凸轮螺旋线的设计参数,对凸轮自动排绳机构的设计、加工给出了理论依据。

[13]裴秀丽.韩鹏（中平能化建工集团六处，河南平顶山467000），调度绞车钢丝绳防脱落装置研制与应用，科技风，2011年10月上

摘要：

平煤天安七星洗煤厂委托平煤建工六处重新安装JDM-40调车绞车2台，以提高发运站的装车效率，在调试阶段发生调车绞车钢丝绳脱落现象比较严重，险些造成事故，为解决此问题决定在调度绞车系统中加入钢丝绳防脱落装置，解决了调车绞车钢丝绳脱落问题，使调车绞车不发生钢丝绳脱落现象，消灭了安全隐患，具有很好的推广价值。

[14]Meng,Qingrui（SchoolofMechanicsandCivilEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China）;Quan,Jie;Hu,Zhipeng（SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China）,Researchonfrictionalroller'sstrengthofendless-ropewinch，AppliedMechanicsandMaterials，2013（1294-1298）

Abstract:

Thestrengthoffrictionrollerforendless-ropewinchisanalyzed,andtheunitbeammechanicsmodelforfrictionrollersisestablished,theflexuraldeformationequationsarederivedbaseonrelevanttheoreticalanalysisandcalculate.Meanwhile,thevariationcurvesoftheflexuralsolutionandcompressionstressalongwiththedirectionoffrictionrollerwidthareobtainedbyMATLABsoftware.Therebyprovidesthetheoreticalbasisfordesignandselectionoffrictionroller.

©（2013）TransTechPublications,Switzerland.

[15]Yang,Yang;Xiong,Yunchang（NanyangInstituteofTechnology,NanyangHenan,473000,China）;Yang,Rongqing

（NanyangYuhuaPhoto-electricityTechnologyCo.,Ltd,Nanyang,Henan,473006,China），Analysisandcontrolonwinchrope-aligningmotionofwelltestingtruck，AdvancedMaterialsResearch,2012（822-827）

Abstract:

Onbasisoftherope-aligningmotionanalysisofthewinchdrum,thispaperindicatesthereasonofthemisalignmentintheouterlayerandedgeofthedrumbythecurrentrope-aligningscheme,putsforwardtherope-aligningschemeofthepositionfollowingcontrolontheropealigningdevice,andaccordinglydesignsanautomaticrope-aligningsystem.Itisprovedfromthepracticethatthesystemissafeandreliablewiththeautomatictracking,automaticcompensation,neatalignmentofthesteelwirerope,andstableperformance,whichprovidesthefavorableguaranteeforthesafeoperationofthewinch.©（2012）TransTechPublications,Switzerland.

[16]Oduori,Moses1;Mbuya,Thomas1（TheUniversityofNairobi,Nairobi,Kenya），Wireropeselectionformanualwinchapplication，JournalofEngineering,DesignandTechnology，July2009（207-222）

Abstract:

Purpose:

Thepurposeofthispaperistodemonstratetheapplicationofanalyticaldecisionmakingduringtheselectionofengineeringentitiesinanengineeringdesignsetting.Design/methodology/approach:

Thepaperdevelopsaquantitativemethodforwireropeselectionanduseshandbookdatatodemonstratetheuseofthemethodinselectingasuitabletypeandsizeofwireropeforthehoisting/haulingmechanismofahypotheticalmanualwinch.Findings:

Wireropedatacanbeprocessedintoformsthataremorereadilyuseableinaquantitativeselectionmethod.Moreover,computersoftwaresuchasMicrosoftExcelmaybeusedintheselectionprocess,solongasthedataareinsuitableform.Originality/value:

Theselectionofengineeringentitiesoftenoccursinengineeringdesignprocesses.Aninformationprocessingapproachtowireropeselectionhasbeendevelopedanddemonstrated.Themethoddemonstratedinthispapershouldbeapplicableinothersituationsinwhichaneedfortheselectionofengineeringentitiesarises.

©EmeraldGroupPublishingLimited.

5.设计（论文）的主要内容

1）凸轮排绳传动系统的总体方案设计；

2）进行链传动机械结构设计；

3）对结构中的关键零件设计,并绘制工程应用图纸；

4）对设计的关键零部件进行校核；

5）对自己所做的毕业设计进行汇总，编写设计说明书。

6.设计（论文）提交形式

1）开题报告，英文翻译；

2）总装图A0；

3）调度绞车动力引出部件装配图A1；

4）链轮2×A4；

5）轴零件图A2、端盖零件图A3；

6）其他零件图A3；

7）毕业设计说明书。

7.进度安排

第三周毕业实习，参观工程，收集资料。

第四周查阅相关资料，了解课题。

第五周查阅与课题相关的英文文献并翻译。

第六周撰写开题报告。

第七周深入了解课题，并初步设计方案。

第八周与指导老师探讨，研究方案的可行性。

第九周最终敲定方案。

第十周方案的详细设计和细节修改。

第十一周调度绞车动力引出部件装配图A1、端盖零件图A3。

第十二周绘制轴零件图A2、其他零件图A3。

第十三周绘制链轮图2×A4。

第十四周绘制总装图A0。

第十五周编写设计计算说明书，形成毕业设计全部文件，准备答辩。

第十六周毕业答辩。

8.指导教师意见

签名：

20年月日

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